bai giang lop 9

Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU
1. MÔ HÌNH:
1.1 Giới thiệu và mô tả kết cấu:
Khung gồm có các cột, các dầm liên kết với nhau và liên kết với móng.
Tùy phương án kết cấu chịu lực chính của nhà mà hệ khung có thể thuộc về nhà
khung hoặc nhà kết hợp.
Với nhà khung, hệ khung chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang.
Với nhà kết hợp ( với lõi cứng, vách cứng) khung chịu tải trọng đứng trực tiếp
truyền vào nó và chịu phần tải trọng ngang được phân phối vào nó.
Tuy hệ khung là khung không gian nhưng sự làm việc và tính toán có thể theo sơ
đồ không gian hoặc sơ đồ phẳng tùy thuộc vào tải trọng tác dụng và mức độ gần đúng có
thể chấp nhận được.
1.2 Lựa chọn phương án và sơ đồ kết cấu
1.2.1 Lựa chọn phương án:
Công trình Sai gon Happiness square gồm 2 tầng hầm, 14 tầng lầu, 2 tầng mái .
Giải pháp kết cấu được chọn là kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối.
Mô hình kết cấu bên trên là 1 hệ khung không gian được cấu tạo từ các phần tử
dầm , cột , sàn, vách thang máy làm việc đồng thời phản ánh chính xác sự làm việc của
hệ kết cấu.
1.2.2 Sơ đồ kết cấu:
Dựa vào mặt bằng kiến trúc ta bố trí mặt bằng kết cấu như sau:
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 1
Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
MẶT BẰNG TẦNG HẦM 2
MẶT BẰNG TẦNG 6
1.3 Vật liệu :
1.3.1 Bê tông:
- Bê tông được chọn thiết kế cho phần tử bể, dầm, sàn , cột....là bê tông cấp độ
bền B25 với các chỉ tiêu kỹ thuật sau:
+Cường độ tính toán chịu nén : R

b
= 14.5 Mpa
+ Cường độ tính toán chịu kéo : R
bt
= 1.05 Mpa
+ Mô đun đàn hồi : E
b
= 30E3 MPa
+ Hệ số Poisson µ = 0.2
1.3.2 Cốt thép :
+ Thép AI cho các cấu kiện sử dụng thép có đường kính nhỏ hơn 10 mm:
R
s
= 225 Mpa
+ Thép AI cho các cấu kiện sử dụng thép có đường kính lớn hơn 10 mm:
R
s
= 280 Mpa
1.4 Tải trọng tác dụng lên công trình:
- Tải trọng tác dụng lên toàn bộ công trình gồm các loại sau:
+ Tĩnh tải
+ Hoạt tải
+ Tải trọng gió
+ Tải trọng do động đất
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 2
Mơ hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
- Dựa vào chức năng sử dụng của từng ơ sàn mà chọn tải trọng phù hợp.
- Tất cả các số liệu về tải trọng được lấy từ TCVN 2737-1995 : Tải trọng tác
động – tiêu chuẩn thiết kế.
- Hệ số vượt tải lấy theo TCVN 2737-1995: Tải trọng tác động – tiêu chuẩn thiết

kế.
1.5 Tải trọng tác dụng lên sàn:
1.5.1 Tĩnh tải:
Tĩnh tải tác dụng lên sàn bao gồm có trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn và
trọng lượng bàn thân các kết cấu tường.
Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn xác định như sau:
i i i
g h n
γ
=
∑
Với :
i
g
: Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo của sàn thứ i (kN/m
2
)
h
i
: bề dày của lớp cấu tạo sàn (m)
i
γ
: trọng lượng riêng của lớp cấu tạo sàn ( kN/m
3
)
n: hệ số tin cậy
Chi tiết các lớp sàn:
lớp gạch ceramic dày 0.8cm
lớp vữa lót dày 3 cm
bản bê tong cốt thép

lớp vữa trát dày 1.5cm
Các lớp sàn d(cm)
γ (kN/m
3
)
g
tc
(kN/m
2
) n g
tt
( kN/m
2
)
Lớp gạch ceramite 0.8 20 0.16 1.1 0.176
Lớp vữa lót 3 16 0.48 1.3 0.624
Lớp vữa trát 1.5 16 0.24 1.3 0.312
Tải treo lên sàn 0.2 1.3 0.26
Tổng tải 1.372
Tải tường:
Đối với các dầm ngồi tải trọng bản thân còn phải chịu thêm trọng lượng của khối tường
bên trên ( tường 100 hoặc 200) và phụ thuộc chiều cao của từng tầng
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 3
Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
d(cm)
γ (kN/m
3
)
g
tc

(kN/m
2
) n g
tt
( kN/m
2
)
Tường ngăn phòng 10 16 1.6 1.1 1.76
Tường biên 20 16 3.2 1.1 3.52
Đối với các ô sàn có tường xây trực tiếp lên sàn không thông qua hệ dầm thì ta quy đổi
trọng lượng bản thân tường phân bố đều trên sàn.
1.5.2 Hoạt tải: Dựa vào chức năng mục đích sàn tầng, ta có hoạt tải tác dụng lên từng sàn
như sau:
+ Tầng hầm 1 và 2 làm ga ra đậu xe ô tô và xe máy.
p
tc
= 500 (daN/m
2
)
p
tt
= 500
×
1.2 = 600 (daN/m
2
)
+ Tầng 1 và tầng 2 làm khu thương mại và siêu thị.
p
tc
= 400 (daN/m

2
)
p
tt
= 400
×
1.2 = 480 (daN/m
2
)
+ Tầng 3 và tầng 4 làm khu ăn uống, giải trí, nhà hàng.
p
tc
= 500 (daN/m
2
)
p
tt
= 500
×
1.2 = 600 (daN/m
2
)
+ Tầng 5-14 là tầng điển hình, dùng làm các văn phòng.
p
tc
= 200 (daN/m
2
)
p
tt

= 200
×
1.2 = 240 (daN/m
2
)
+ Hành lang và sảnh cầu thang.
p
tc
= 300 (daN/m
2
)
p
tt
= 300
×
1.2 = 360 (daN/m
2
)
1.4 Kích thước sơ bộ các tiết diện:
Theo kích thước kiến trúc, chiều cao tầng điển hình h = 3.4 m. Do đó phải lựa
chọn phương án sàn cho hợp lý để đảm bảo chiều cao thông thủy sử dụng .
Sau khi hoàn thiện , sàn sẽ cần 300mm cho các hệ thống đường ống kỹ thuật ( hệ
thống điện, hệ thống điều hòa không khí…), cộng thêm khoảng là 100mm cho các chi
tiết của công tác đóng trần => chiều cao sơ bộ thông thủy trước khi có dầm là 3000mm,.
Chiều cao thông thủy thích hợp ta chọn h = 2600. Do đó ta lấy chiều cao dầm chính tối đa
nếu có là: 400mm
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 4
Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
mat duoi san
tran

Dựa vào các dữ kiện trên, ta có 2 phương án sàn tầng điển hình
+ Sàn có dầm: Tối đa chiều cao dầm chính là 400mm
+ Sàn không dầm: Ta chọn phương án sàn nấm, chiều cao mũ cột với sàn cũng
phải đảm bảo cho việc đóng trần.
1.4.1 Phương án 1: Sàn tầng điển hình có dầm:
1.4.1.1 Mặt bằng sàn tầng điển hình:
- Dựa vào bản vẽ kiến trúc, ta thêm các dầm chính vào bản sàn. Vì chiều dài nhịp lớn
(10m) nên ta dùng dầm phụ chia nhỏ ra từng ô bản sàn như sau:
MẶT BẰNG SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH TẦNG 6-14 CÓ DẦM
1.4.1.2 Kích thước sàn tầng điển hình có dầm:
Chiều dày bản sàn tầng điển hình chọn theo sơ bộ theo điều kiện sau:
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 5
Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
+Phòng cháy chữa cháy
+Độ võng kết hợp điều kiện kinh tế => chọn sơ bộ chiều dày sàn
Đây là công trình trung tâm thương mại với chiều cao 14 tầng , do đó đây thuộc
công trình cấp 2. Vậy chiều dày sàn theo tiêu chuẩn Việt Nam 2622-1995- Phòng
cháy, chống cháy cho nhà và công trình – yêu cầu thiết kế phải đảm bảo h
s

≥

120mm.
- Theo yêu cầu về độ võng:
Sau nhiều lần tính lặp ta chọn sơ bộ chiều dày sàn là h
s
= 150 (mm)
Do đó chiều dày bản sàn điển hình sơ bộ ta chọn là 150 (mm)
Kiểm tra sơ bộ về độ võng sàn:
Lấy 1 ô bản trong các ô bản sàn ra xét. Thiên về an toàn , ta xét đến ô bản sàn bên

trong , có độ võng lớn nhất.
Sơ đồ tính sơ bộ:
Độ võng của bản sàn được tính theo công thức sau:
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 6
q
M=
ql
2
8

Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
4
5
384
ql
w
EJ
=
Trong đó : q là giá trị tác dụng lên ô bản
l : cạnh ngắn của ô bản
E : Modun đàn hồi của bê tông
E = 3e7 kN/m
2
J : moment quán tính của tiết diện 100x15cm
J=
3
12
bh
=
3

4
1 0.15
2.8125 10
12
−
×
= ×
(m
4
)
Tĩnh tải tác dụng lên sàn: q = 0.15x25x1.1 + 1.372 = 5.497 kN/ m
2
Tổng tải tác dụng lên sàn : q = g + p = 5.497 +3.6 = 9.097 kN/ m
2
Theo tiêu chuẩn 356- 2005. Độ võng giới hạn của sàn được tính theo công thức sau:

1
200
gh
w l=
với l là cạnh ngắn của ô sàn
Độ võng sàn phải thỏa :
gh
w w≤
Ta có:
4 4
4
5 5 9.097 5
0.00877
384 384 3 7 2.8125 10

ql
w
EJ e
−
×
= = =
× ×
(m)
1 5
0.025
200 200
gh
w l= = =
(m
=>
gh
w w≤
. Vậy bản sàn đã chọn thỏa yêu cầu về độ võng.
Kiểm tra sơ bộ hàm lượng cốt thép:
Chọn lớp bê tông bảo vệ sàn là a= 1.5cm
 h
0
=h – a = 15 – 1.5 =14.5cm.
b= 100 cm
Cốt thép sàn được tính theo công thức:
2
0
m
b
M

R bh
α
γ
=
;
1 1 2
m
ξ α
= − −
;
b o
s
s
R bh
A
R
ξγ
=
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
0
100%
s
A
bh
µ
=
; Hàm lượng cốt thép sàn hợp lý
0.3 0.9
µ
≤ ≤

Giá trị moment lớn nhất ở giữa sàn:
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 7
Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
2 2
9.097 5
28.43( . )
8 8
ql
M kN m
×
= = =
3 2
28.43
0.0932
14.5 10 1 0.145
m
α
= =
× × ×
1 1 2 0.0932 0.09981
ξ
= − − × =
2
0.0981 14.5 1 0.145
0.0009162
225
b o
s
s
R bh

A m
R
ξγ
× × ×
= = =
Hàm lượng cốt thép:
3
0
0.9162 10
100% 100 0.632%
1 0.145
s
A
bh
µ
−
×
= = =
×
( thỏa điều kiện hàm
lượng cốt thép hợp lý
0.3 0.9
µ
≤ ≤
)
Vậy chiều dày sàn chọn là 150cm.
1.4.2 Kích thước tiết diện dầm chính, dầm phụ:
Chọn kích thước sơ bộ dầm chính giữa:
Dựa vào các yêu cầu trên. Ta chọn chiều cao dầm chính là:


400
d
h mm=
Vì vậy ta sẽ phát triển dầm chính theo phương ngang.
Sau nhiều lần tính lặp ta chọn bề rộng dầm chính b
d
= 1500mm.
Kiểm tra sơ bộ kích thước dầm chính đã chọn.
Tải trọng tác dụng lên sàn sơ bộ, thiên về an toàn ta tính theo sơ đồ sau:
Do tính theo sơ bộ nên ta quy lực tác dụng từ sàn lên dầm chính về phân bố đều:
Cong thuc quy doi luc
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 8
Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm
Sơ đồ tính :
Lực q tác dụng lên dầm chính gồm có: trọng lượng bản thân dầm chính cộng với
trọng lượng của sàn truyền vào dầm:
q = 9.097 x 8+(0.4-0.15)x1.5x25x1.1=83.08kN/m
Theo tính toán như hình vẽ, ta được:
M
1
=
2 2
1
83.08 10
1163.5 .
8 8
ql
M kN m
×
= = =

2 2
2
83.08 10 3.25 83.08 10
538.5 .
8 6.75 8
M kN m
× ×
= − × =
Tính toán cốt thép tại M
1
:
3 2
1163.5
0.421
14.5 10 1.5 0.36
m
α
= =
× × ×
1 1 2 0.412 0.582
ξ
= − − × =
SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 9
M =
−
ql
2
8
1

−
ql
2
8
M
2
−
5ql
8
−
3ql
8